【摘要】：運(yùn)動控制器是數(shù)控系統(tǒng)的核心,是數(shù)控領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文以開發(fā)一款功能豐富、性能穩(wěn)定、可靠性高、符合開放性要求的運(yùn)動控制器為目標(biāo),深入研究了嵌入式運(yùn)動控制器的關(guān)鍵算法和技術(shù)。論文主要工作包括:首先,介紹了基于ARM+DSP+FPGA的嵌入式運(yùn)動控制器總體硬件架構(gòu)及各模塊的功能。ARM作為主控單元,負(fù)責(zé)G代碼解析、狀態(tài)切換、與HMI交互;DSP負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)、速度規(guī)劃、動態(tài)前瞻等控制算法;FPGA一方面提供DPRAM作為ARM和DSP溝通的橋梁,另一方面負(fù)責(zé)控制脈沖輸出和I/O管理。研究了ARM加載Linux操作系統(tǒng)的過程,解決了訪問外部設(shè)備的問題;深入研究了DSP的硬件配置,實(shí)現(xiàn)了DSP從NOR FLASH啟動;研究了FPGA的脈沖均勻化實(shí)現(xiàn)方案。其次,對運(yùn)動控制卡的插補(bǔ)和速度規(guī)劃算法進(jìn)行了深入研究,實(shí)現(xiàn)了多軸直線插補(bǔ)和平面圓弧插補(bǔ)算法;通過幾何變換,將橢圓插補(bǔ)和空間圓弧插補(bǔ)轉(zhuǎn)化為平面圓弧插補(bǔ)加以實(shí)現(xiàn);介紹了S/T形加減速算法的原理和實(shí)現(xiàn)過程;深入研究PVT算法,基于分段Hermite插值和三次樣條擬合,推導(dǎo)出PVT/Complete/Percent/Continuous描述方式下的算法實(shí)現(xiàn)過程。通過對算法進(jìn)行軟件仿真,驗(yàn)證了算法的準(zhǔn)確性和有效性。再次,對連續(xù)軌跡過渡算法進(jìn)行了深入研究,提出連續(xù)軌跡處理框架,從插補(bǔ)離散化的角度分析了拐點(diǎn)過渡的必要性,建立了直線與直線、直線與圓弧等的拐點(diǎn)過渡模型,分析了拐點(diǎn)速度約束條件。由于拐點(diǎn)速度約束模型為遞歸不等式組,在工程上難以實(shí)現(xiàn),通過引入比例系數(shù)和修正加速度,提出工程上可行的動態(tài)前瞻算法,實(shí)現(xiàn)了多段線和樣條曲線的連續(xù)加工。最后,采用Matlab仿真與實(shí)際加工相結(jié)合的方案,驗(yàn)證算法的合理性。通過監(jiān)控驅(qū)動器輸入脈沖測試PVT算法;通過在點(diǎn)膠機(jī)平臺上實(shí)際繪制多段線和樣條曲線,測試連續(xù)軌跡過渡和動態(tài)前瞻算法。測試結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)開發(fā)的運(yùn)動控制器具有良好的功能和性能。
【圖文】：

圖 1-1 基于 PC 和運(yùn)動控制卡的開放式控制系統(tǒng)隨著對開放式體系運(yùn)動控制器的研究不斷深入，國外涌現(xiàn)出一批先進(jìn)的控制器。 Delta Tau 公司的 PMAC 多軸運(yùn)動控制器在行業(yè)內(nèi)久負(fù)盛名，著名的哈勃望遠(yuǎn)鏡的就是用 PMAC 控制卡控制研磨的。PMAC 內(nèi)部采用 Motorola 公司生產(chǎn)的 56003 片，可完成直線、圓弧插補(bǔ)，S 曲線加減速，PVT 和三次樣條插補(bǔ)算法，產(chǎn)品種類軸聯(lián)動控制器到三十二軸控制器，支持 ISA 總線、PCI 總線、PC104 總線和 VME。美國 GALIL 公司的 DMC 系列運(yùn)動控制器采用 32 位 RISC 結(jié)構(gòu)高速 DSP，可實(shí)線/圓弧插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)、切線跟蹤、多主/多從電子齒輪同步控制、龍門同步控制子凸輪、輪廓控制、拐角過渡及多任務(wù)同時執(zhí)行等功能；可采用帶有速度前饋、加前饋、凹陷濾波、低通濾波、積分限制等高級控制算法的 PID 調(diào)節(jié)器。英國 Trio有獨(dú)立型控制器和基于 PC 機(jī)的 PCI 總線方式控制器兩大類產(chǎn)品。其中獨(dú)立型控制有 RS232C，RS485、USB、Ethernet、CAN 總線等工業(yè)通訊接口，支持 EtherCAodbus、CANBus、SERCOS、Hostlink、DeviceNet、Profibus 等各種工業(yè)通訊協(xié)議。

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章 嵌入式運(yùn)動控制器總體設(shè)計(jì)方案文所設(shè)計(jì)的運(yùn)動控制器的主要應(yīng)用平臺是點(diǎn)膠機(jī)，采用獨(dú)立式控制器器可以完全脫離計(jì)算機(jī)獨(dú)立工作，，適用于結(jié)構(gòu)緊湊，無須計(jì)算機(jī)直接合。獨(dú)立式控制器的 HMI 一般為觸摸屏或手持盒，其價位一般在 300于工控機(jī) 3000-5000 元的價位，其價格較為低廉。另一方面，PC 與絡(luò)或 U 盤進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的軌跡規(guī)劃，可以很好地補(bǔ)充手持盒制系統(tǒng)總體架構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)主要由示教盒（手持盒）、控制卡、驅(qū)動器、電機(jī)和 IO 等體架構(gòu)如圖 2-1 所示。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG659

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2582367